淺談煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究

   摘要：主要介紹了應(yīng)用煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的重要意義，并對(duì)煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的主要原理和基本構(gòu)成做了簡(jiǎn)要介紹，并從隔爆監(jiān)控單元設(shè)計(jì)、通信協(xié)議設(shè)計(jì)和組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面提出了電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，希望能對(duì)相關(guān)從業(yè)者提供參考和借鑒。

   關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控;煤礦井下;應(yīng)用;

   在礦井下進(jìn)行施工，時(shí)刻需要消耗電能進(jìn)行基本的操作維持和設(shè)備運(yùn)行，因此，煤炭企業(yè)要保證井下施工中的電力供給系統(tǒng)的安全，并保障施工人員在電力環(huán)境下的施工安全。由于煤炭企業(yè)井下電力系統(tǒng)需要依靠復(fù)雜的電線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)支撐，并根據(jù)使用的狀況進(jìn)行內(nèi)部的調(diào)整，提供長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定電壓和電流，所以要監(jiān)控井下電力系統(tǒng)。

1.煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能

1.1煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的組成

   煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)需要依靠復(fù)雜的電線(xiàn)輸送系統(tǒng)和電腦控制系統(tǒng)構(gòu)成，才能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸對(duì)電力系統(tǒng)的安全控制和監(jiān)督。而煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面部分、井下電力監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和防爆高低壓開(kāi)關(guān)構(gòu)成。地面部分需要使用狀況良好的計(jì)算機(jī)保證基本的運(yùn)算和數(shù)據(jù)收集，并為監(jiān)控系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的信息記錄，還需要地面交換機(jī)來(lái)保證信息的及時(shí)輸送和傳譯山，能夠?qū)⒌叵聜魉偷男畔⑥D(zhuǎn)化成有效的信息進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的傳輸，還需要穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，保證監(jiān)控系統(tǒng)處于有效的網(wǎng)絡(luò)下，才能實(shí)現(xiàn)信息在設(shè)備之間的傳輸和信息的運(yùn)算分析，此外，還需要打印機(jī)保證信息的轉(zhuǎn)換和收集。而井下站點(diǎn)需要通訊服務(wù)器、供電設(shè)備和光端設(shè)備，幾種設(shè)備組成信息的收集和傳輸網(wǎng)絡(luò)，并由供電設(shè)備提供地下監(jiān)控系統(tǒng)需要的電力資源，保證各設(shè)備的正常運(yùn)作。監(jiān)控系統(tǒng)主要的構(gòu)成部分是防爆高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備，主要依靠這一設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的控制，主要由通訊服務(wù)器、防爆箱和斷路器組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

1.2煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

   煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的信息收集，不斷更新和記錄電力系統(tǒng)中的模擬量、狀態(tài)量和脈沖量，采集電力系統(tǒng)中的信號(hào)信息，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的信息傳遞，將有效的信息通過(guò)地下站點(diǎn)、地面部分和防爆高低壓開(kāi)關(guān)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)輸送到監(jiān)控系統(tǒng)中[2]。通過(guò)對(duì)收集到的信息的解讀和分析，煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠判斷電路的使用狀態(tài)，并對(duì)可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題進(jìn)行預(yù)警分析和數(shù)據(jù)計(jì)算。同時(shí)，系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)記錄和信息留存功能，將收集到的信息存儲(chǔ)在設(shè)備的硬盤(pán)中，并提供相應(yīng)的查詢(xún)支持。通過(guò)記錄信息，監(jiān)控系統(tǒng)還能進(jìn)行電力分析模擬，將記錄中的信息輸送到構(gòu)建的模型中獲得相應(yīng)的預(yù)警信息。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障和問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)還可以通過(guò)自身的信息收集能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力將出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)的數(shù)據(jù)記錄在存儲(chǔ)裝置中，以便日后分析解讀，并通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的分析提供相應(yīng)的預(yù)警報(bào)告。此外，煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)還具備一部分通訊設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)站點(diǎn)之間的連接，并通過(guò)將信息輸送到操作人員的電腦系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)人機(jī)的互聯(lián)，操作人員能夠收到監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)信息判斷電力運(yùn)行的狀態(tài)和井下施工的狀況，并對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)和煤礦設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，確保施工人員和施工設(shè)備的安全。煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息，并為管理人員提供相應(yīng)的管理權(quán)限，管理人員還可以查看以往的錯(cuò)誤記錄和信息分析報(bào)告。系統(tǒng)還能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)自身提供備用的電力能源，以便應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的緊急情況實(shí)現(xiàn)安全保障。

2.煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成原理

   煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠網(wǎng)絡(luò)信息傳輸和運(yùn)算實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備之間的連接，并通過(guò)計(jì)算得到的信息控制電力系統(tǒng)。防爆高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的開(kāi)斷進(jìn)行控制，并收集電力系統(tǒng)中的電壓電流信息和應(yīng)用數(shù)據(jù)，并將信息回傳，通過(guò)地下站點(diǎn)將信息傳遞給地上的控制點(diǎn)，在這一過(guò)程中，收集到的信息要經(jīng)過(guò)不斷的加工和分析，并最終將有效的、可讀的信息傳遞給地上的管理操作人員。管理操作人員借助電力監(jiān)控系統(tǒng)提供的信息分析井下施工的狀況，并指揮人員進(jìn)行下一步操作，控制電力系統(tǒng)和煤礦設(shè)備的工作狀況。

3.煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

3.1煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)隔爆監(jiān)控單元設(shè)計(jì)

   煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)中的井下站點(diǎn)要實(shí)現(xiàn)信息的中轉(zhuǎn)和傳輸，將井下收集到的信息進(jìn)行集中，并轉(zhuǎn)化為易于接受的信息傳遞給地上的信息收集處，是監(jiān)控系統(tǒng)中的重要節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)換點(diǎn)。通過(guò)外部電力能源的供電，地下電力監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)組成部分和設(shè)備才能夠?qū)崿F(xiàn)正常的運(yùn)作。通過(guò)設(shè)備中裝配的信號(hào)傳輸設(shè)備和傳輸協(xié)議，可以構(gòu)建基本的電力監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式。通訊設(shè)備主要由編程控制器、通訊模塊、以太網(wǎng)模塊、光纖模塊、人機(jī)界面、開(kāi)關(guān)電源等成分構(gòu)成，將收集到的信息遠(yuǎn)程傳輸給地面的站點(diǎn)和信息收集系統(tǒng)，并通過(guò)一系列的信息轉(zhuǎn)化和解碼編程，實(shí)現(xiàn)煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的有效信息傳遞和控制。

3.2煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計(jì)

   為了實(shí)現(xiàn)煤礦井下電力監(jiān)控各系統(tǒng)的高效信息傳遞，需要對(duì)系統(tǒng)中的信號(hào)信息進(jìn)行編程，建立信息信號(hào)，并采用高質(zhì)量的設(shè)備防止信息的誤傳和漏傳。對(duì)信息信號(hào)采用編碼和解碼方式，能夠?yàn)樾畔⒌母哔|(zhì)量傳輸提供可能。大多數(shù)信息傳輸信號(hào)都采用編程的方式傳遞信息，并運(yùn)用十六進(jìn)制的方式儲(chǔ)存信號(hào)信息。其中，主要通過(guò)開(kāi)始字、地址字、校驗(yàn)字、結(jié)束字實(shí)現(xiàn)信息的編碼和控制，在編程的過(guò)程中嚴(yán)格按照計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行信息的記錄和傳輸。在開(kāi)始字的開(kāi)頭要采用統(tǒng)一的十六進(jìn)制的編碼，以便信息在傳輸設(shè)備和站點(diǎn)之間的識(shí)別和確認(rèn)。而地址字則要采用準(zhǔn)確的記錄方式，確保信息地址信息的有效傳輸，并在信息的傳遞過(guò)程中不斷增加地址位置信息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的互傳，在最終到達(dá)管理者的設(shè)備時(shí)，能夠?qū)⒕幊毯痛a逆向解讀出來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息的可讀性。校驗(yàn)字是為了確保信息的標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的傳輸設(shè)置的識(shí)別信息，通過(guò)校驗(yàn)碼能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的傳輸。而結(jié)束碼是信息結(jié)束的標(biāo)志，能夠?yàn)樵O(shè)備的解讀系統(tǒng)提供基本的信號(hào)信息，指明該條信息傳輸?shù)男盘?hào)已經(jīng)結(jié)束，為信號(hào)解讀提供便利。

3.3煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

   通過(guò)井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的分析，井下電力監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議將信息傳遞給各個(gè)站點(diǎn)，并最終將信息分析呈遞給系統(tǒng)的操作和管理人員。因此，要對(duì)電力監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)符合基本認(rèn)知的操作系統(tǒng)和傳輸代碼，并在實(shí)際操作中應(yīng)用。

4.安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品介紹與選型

4.1概述

         Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無(wú)人值守的要求，針對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、通信等多功能于一體的開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶(hù)變電站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站方位的控制和管理，滿(mǎn)足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

辦公建筑（商務(wù)辦公、國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑等）

商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機(jī)構(gòu)建筑等）

旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè)場(chǎng)所等）

科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑）

通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）

交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）

廠礦企業(yè)建筑（石油、化工、水泥、煤炭、鋼鐵等）

新能源建筑（光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等）

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

          Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)釆用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶(hù)用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

4.4設(shè)備選型

5.結(jié)束語(yǔ)

   煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?yàn)槊禾科髽I(yè)的生產(chǎn)提供基本的電力信息支持，持續(xù)向管理操作人員輸送井下電力的工作信息，以便管理操作人員針對(duì)施工的狀況調(diào)整井下人員的工作狀態(tài)和煤礦設(shè)備的生產(chǎn)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙大磊.煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究.

[2]柳叢.煤礦井下高壓供電系統(tǒng)失壓保護(hù)技術(shù)的研究[J].煤礦機(jī)電，2015(1):26-29.

[3]安科瑞電力監(jiān)控與保護(hù)類(lèi)產(chǎn)品選型手冊(cè),2022.07.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)，2022.05.

作者簡(jiǎn)介：

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任安科瑞電氣股份有限公司，主要從事微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置和電力監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。